宇宙を観測する新しい窓・重力波A New Window to Observe the Universe—Gravitational Waves—
東京大学宇宙線研究所Institute for Cosmic Ray Research, the University of Tokyo ◇ 506–1205 岐阜県飛騨市神岡町東茂住238 ◇ 238 Higashi-Mozumi, Kamioka-cho, Hida, Gifu 506–1205, Japan
2015年9月14日に,史上初めて,アメリカの重力波望遠鏡LIGOが連星ブラックホールの合体からの重力波を検出しました。これは1915年にアインシュタインの一般相対性理論で予測された重力波を直接的に検証した偉業であるとともに,ブラックホール,及び連星ブラックホールがこの宇宙に存在することの直接的証明にもなっています。さらに2015年12月26日にも連星ブラックホールの合体からの重力波の信号が発見され,このような複数の検出により,非常に強い重力場における一般相対性理論の正しさが強く示唆され,重力波による全く新しい天文学が幕を切って落とされました。しかし,この歴史的な重力波の検出に至る道のりは極めて厳しく,キロメートルの基線長を持つレーザー干渉計重力波望遠鏡のその基線長の10−22の相対変化をとらえる性能を獲得するために,実に40年を超える努力がなされ,そして,重力波初検出後の今もなお,さらなる性能向上のための極限技術の開発が継続されています。本総説では,一般相対性理論における重力と重力波,重力波の波源,重力波望遠鏡の開発の歴史と様々な雑音対策,今回の重力波検出によって判明した内容,そして,将来の重力波望遠鏡計画について紹介します。
For the first time, LIGO gravitational wave telescopes have observed gravitational waves (GWs) from a coalescence of a binary black hole on September 14th in 2015. This confirmed not only a major prediction of Albert Einstein’s general theory of relativity in 1915, but also the existence of black holes and their binary systems in the Universe. The other GW signal on December 26th in 2015 was also confirmed later. Such multi-detection of GWs convinced us the beginning of a new era of gravitational wave astronomy. These GWs detections also justified general relativity in the regime of the extremely strong gravity field for the first time. However, the way to reach these historical GW detections was so hard that it took almost a half century to measure a 10−22 part of kilo-meters length of a laser interferometer GW detectors. In this article, I will explain the gravity and GWs in the regime of general relativity, their expected sources, a history of GW detectors development, the battle with noises in an interferometric GW detectors, results of GW detection by LIGO and future plans to detect GWs for the wider frequency ranges.
Key words: gravitational wave; binary neutron star; binary black hole; supernova; laser interferometer; ultra precise length measurement; general relativity; numerical simulation
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